Kristalline Dünnschicht-Silizium-Solarzellen: Potenzial von Solarzellen auf kostengünstigen Si-Substraten mittels Flüssigphasenepitaxie

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2001
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Hötzel, Jochen
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urn:nbn:de:bsz:352-opus-8089
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Physik
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Crystalline Thin Film Silicon Solar Cells
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Dissertation
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Abstract
Diese Arbeit leistet einen Beitrag zur Kostenreduzierung bei der Herstellung von Si-Solarzellen durch die Anwendung einer speziellen LPE-Technologie auf UMG Si-Substraten. Dadurch wurde der Einsatz von EG-Si bei der LPE-Solarzellenherstellung erstmals völlig überflüssig. Eine neue, industriell kompatible Siebdrucktechnologie ermöglichte die Realisierung von kostengünstigen und effizienten Solarzellen.Hochwertige Si-Schichten wurden mit einer horizontalen LPE-Anlage auf unterschiedlichen Si-Substraten abgeschieden. Die Verwendung von UMG-Si als Substrat gelang, da die Diffusion von Verunreinigungen aus dem Substrat in die LPE-Schicht unterhalb der SIMS-Nachweisgrenze lag. Mit Hall-Messungen wurden LPE-Schichten mit unterschiedlichen Herstellungsparametern charakterisiert und optimiert. Durch chemisches Ätzen gelang die optische Auflösung von LPE-Schicht, UMG-Substrat und deren Übergang. Aus der LBIC-Analyse und PC1D-Simulation wurde die optimale LPE-Schichtdicke berechnet.Die Abscheidung auf strukturierten Substraten erhöhte die effektive Schichtdicke und verbesserte die Lichteinkopplung. Die Entwicklung eines neuen Solarzellenprozesses aus einem Standardprozess erfolgte durch Ersetzung oder Streichung einzelner Prozessschritte und der Anpassung an das verwendete Si.Für die Kontaktierung und die Diffusion wurde eine Siebdrucktechnologie entwickelt. Durch eine SiNx-ARC und ein BSF konnte der Wirkungsgrad h gesteigert werden. Die Optimierung ergab bei Zellen mit einer SiNx-ARC ein h von 14,5 (CZ-Si) bzw. 13,3 (MC-Si).Bei MC-Si konnte eine starke T-Abhängigkeit nachgewiesen werden. Selektive Pastenemitter wurden durch Siebdruckdiffusion ohne zusätzliche Prozessschritte realisiert. Der Siebdruckprozess wurde auf LPE-Si-Schichten übertragen und durch eine optimierte Schichtdicke und MIRHP, h maximiert. Bei LPE/UMG-Zellen lag hmax bei 9,0 (TiO2/MgF2-DARC, Siebdruckprozess).Ein Vergleich von CVD- bzw. LPE-Zellen auf UMG-Substraten schloss diese Arbeit ab.
Summary in another language
This work contributes to the cost reduction in the production of Si solar cells through the use of a special LPE thin film technology on UMG Si substrates. With this new technology there is no need for EG-Si in solar cell production. Cost effective and efficient solar cells could be produced with a newly developed screenprinting process which conforms to industrial standards. High quality Si layers were grown on different Si substrates with a horizontal LPE apparatus. Since the diffusion of impurities out of the UMG substrate in the active layer was below the SIMS detection limit, UMG-Si could be used as a substrate material. LPE layers produced with different growth parameters were characterized and optimized by Hall measurements. With delineation the optical separation of the substrate, the LPE layer and the interface was possible. The ideal LPE layer thickness was calculated by combining PC1D simulations and the analysis of the LBIC current. The layer growth on structured substrates enhanced the effective layer thickness and reduced the reflection of light. The new solar cell process was developed on the basis of a standard process by the replacement or deletion of single steps and by adapting them to different Si qualities. The diffusion and the contact formation was done by a new screenprinting technology. The efficiency h could be enhanced further by the use of a SiNx antireflection coating and a BSF. Optimized with a SiNx-ARC resulted in h values of 14.5 (CZ Si) and 13.3 (MC Si). MC Si has also a strong T dependency. It could be demonstrated that the screenprinting technology is also suitable for selective emitters without any additional process steps. The new screenprinting process was transferred to the LPE Si layers and with an optimized layer thickness and a MIRHP the value of h was maximized. The best efficiency of LPE/UMG cells was 9,0 (TiO2/MgF2-DARC). This work was completed with the comparison of CVD cells and LPE cells, both on UMG substrates.
Subject (DDC)
530 Physics
Keywords
Thin Film Silicon Solar Cells,Liquid Phase Epitaxy,Low Cost Solar Cell Process,Photvoltaics,Silicon
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ISO 690HÖTZEL, Jochen, 2001. Kristalline Dünnschicht-Silizium-Solarzellen: Potenzial von Solarzellen auf kostengünstigen Si-Substraten mittels Flüssigphasenepitaxie [Dissertation]. Konstanz: University of Konstanz
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